Jak astronomowie wykorzystują światło?

Kiedy gwiezdni obserwatorzy wychodzą nocą na zewnątrz, aby spojrzeć w niebo, widzą światło z odległych gwiazd, planet i galaktyk. Światło ma kluczowe znaczenie dla odkrycia astronomicznego. Niezależnie od tego, czy pochodzi od gwiazd, czy innych jasnych obiektów, światło jest czymś, z czego astronomowie korzystają cały czas. Ludzkie oczy „widzą” (technicznie „wykrywają”) światło widzialne. Jest to część większego spektrum światła zwanego widmem elektromagnetycznym (lub EMS), a widmo rozszerzone jest tym, czego astronomowie używają do eksploracji kosmosu.

EMS obejmuje pełen zakres długości fal i częstotliwości światła, które istnieje: fale radiowe, kuchenka mikrofalowa, podczerwień, wizualny (optyczny), ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie i promienie gamma. Część, którą widzą ludzie, to bardzo mały fragment szerokiego spektrum światła, które jest emitowane (promieniowane i odbijane) przez obiekty w przestrzeni i na naszej planecie. Na przykład światło z Księżyc

Astronomowie mierzą wiele właściwości światła, takich jak jasność (jasność), natężenie, jego częstotliwość lub długość fali oraz polaryzacja. Każda długość fali i częstotliwość światła pozwala astronomom badać obiekty we wszechświecie na różne sposoby. Szybkość światła (299 729 458 metrów na sekundę) jest również ważnym narzędziem w określaniu odległości. Na przykład Słońce i Jowisz (i wiele innych obiektów we wszechświecie) są naturalnymi emiterami częstotliwości radiowych. Radioastronomowie przyglądają się tym emisjom i dowiadują się o temperaturach, prędkościach, ciśnieniach i polach magnetycznych obiektów. Skupiono się na jednej dziedzinie radioastronomii szukanie życia na innych światach, znajdując wszelkie wysyłane przez nie sygnały. Nazywa się to poszukiwaniem pozaziemskiej inteligencji (SETI).

Badacze astronomii są często zainteresowani jasność obiektu, która jest miarą ilości energii, jaką wydziela w postaci promieniowania elektromagnetycznego. To mówi im coś o aktywności w obiekcie i wokół niego.

Ponadto światło można „rozproszyć” z powierzchni obiektu. Rozproszone światło ma właściwości, które mówią planetologom, jakie materiały składają się na tę powierzchnię. Na przykład mogą zobaczyć rozproszone światło, które ujawnia obecność minerałów w skałach powierzchni Marsa, w skorupie asteroidy lub na Ziemi.

Światło podczerwone emitowane jest przez ciepłe obiekty, takie jak protogwiazdy (gwiazdy, które wkrótce się narodzą), planety, księżyce i obiekty brązowego karła. Gdy astronomowie celują detektorem podczerwieni w chmurę gazu i pyłu, na przykład światło podczerwone z obiektów protostellarnych w chmurze może przechodzić przez gaz i pył. To daje astronomom spojrzenie do gwiezdnego pokoju dziecinnego. Astronomia w podczerwieni odkrywa młode gwiazdy i poszukuje światów niewidocznych w długościach fal optycznych, w tym asteroidy w naszym własnym Układzie Słonecznym. Pozwala im nawet rzucić okiem na miejsca takie jak centrum naszej galaktyki, ukryte za gęstą chmurą gazu i pyłu.

Światło optyczne (widzialne) to sposób, w jaki ludzie widzą wszechświat; widzimy gwiazdy, planety, komety, mgławice i galaktyki, ale tylko w wąskim zakresie długości fal, które nasze oczy mogą wykryć. To światło, które ewoluowaliśmy, aby „widzieć” naszymi oczami.

Co ciekawe, niektóre stworzenia na Ziemi mogą również widzieć w podczerwieni i ultrafioletu, a inne wyczuwają (ale nie widzą) pola magnetyczne i dźwięki, których nie możemy bezpośrednio wyczuć. Wszyscy znamy psy, które słyszą dźwięki, których ludzie nie słyszą.

Światło ultrafioletowe emitowane jest przez procesy energetyczne i obiekty we wszechświecie. Obiekt musi mieć określoną temperaturę, aby emitować tę formę światła. Temperatura jest związana ze zdarzeniami o wysokiej energii, dlatego szukamy emisji promieniowania rentgenowskiego z takich obiektów i zdarzeń, jak nowo powstające gwiazdy, które są dość energetyczne. Ich światło ultrafioletowe może rozerwać cząsteczki gazu (w procesie zwanym fotodysocjacją), dlatego często widzimy nowonarodzone gwiazdy „pożerające” swoje chmury narodzin.

Promienie X są emitowane przez WIĘCEJ procesów energetycznych i obiektów, takich jak strumienie przegrzanego materiału odpływający z dala od czarnych dziur. Wybuchy supernowej emitują również promienie rentgenowskie. Nasze Słońce emituje ogromne strumienie promieni rentgenowskich za każdym razem, gdy odbija rozbłysk słoneczny.

Promienie gamma są emitowane przez najbardziej energetyczne obiekty i wydarzenia we wszechświecie. Kwazary i wybuchy hipernowych to dwa dobre przykłady emiterów promieniowania gamma wraz ze słynnym „rozbłyski gamma".

Astronomowie mają różne typy detektorów do badania każdej z tych form światła. Najlepsze są na orbicie wokół naszej planety, z dala od atmosfery (która wpływa na przechodzące przez nią światło). Na Ziemi istnieje kilka bardzo dobrych obserwatoriów optycznych i podczerwonych (zwanych obserwatoriami naziemnymi), które znajdują się na bardzo dużych wysokościach, aby uniknąć większości efektów atmosferycznych. Detektory „widzą” nadchodzące światło. Światło może być wysyłane do spektrografu, który jest bardzo czułym instrumentem, który rozbija światło przychodzące na długości fal składowych. Wytwarza „widma”, wykresy, których astronomowie używają do zrozumienia chemicznych właściwości obiektu. Na przykład widmo Słońca pokazuje czarne linie w różnych miejscach; linie te wskazują pierwiastki chemiczne istniejące w Słońcu.

Światło jest używane nie tylko w astronomia ale w szerokim zakresie nauk, w tym w zawodzie lekarza, w zakresie odkrywania i diagnozowania, chemii, geologii, fizyki i inżynierii. To naprawdę jedno z najważniejszych narzędzi, jakie naukowcy dysponują w swoim arsenale sposobów badania kosmosu.